CN205454132U - 感应加热系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型的目的在于不使用斯科特接线变压器而降低相电流的不平衡。本实用新型提供一种感应加热系统(100)，该感应加热系统(100)利用三相交流电源(4)，使具有第一感应线圈(21)的第一感应加热装置(2)和具有第二感应线圈(31)的第二感应加热装置(3)运转，第二感应线圈(31)的缠绕圈数是偶数，第一感应线圈(21)的缠绕始端部(21x)和缠绕终端部(21y)的一方与三相交流电源(4)的一相电连接，另一方与所述第二感应线圈(31)的中点部(31z)电连接，第二感应线圈(31)的缠绕始端部(31x)和缠绕终端部(31y)与三相交流电源(4)的剩余两相电连接。

Description

感应加热系统
技术领域
本实用新型涉及一种使用两组感应加热装置的感应加热系统。
背景技术
如果感应加热装置的感应线圈在同一磁路内相位不同的磁通混杂在一起，则引起功率因数下降或发热分布不均匀，所以希望提供单相交流电。
但是，一般来说感应加热装置的动力源是三相交流电源，所以通常大多从三相交流电中提取单相交流电。
在此，如果将同一规格的两组感应加热装置的感应线圈直接与U-V端子和V-W端子连接，则U相、V相和W相的相电流的平衡成为 因此产生1.732倍的不平衡。这违反了低压和高压受电的内线规定(JEAC)的不平衡负载的限制和特殊机械器具中的“利用单相连接负载计算，以设备不平衡率30％以下为原则”的规定。
为了防止上述情况，如专利文献1所示，可以采用如下方法：在三相交流电源和感应线圈之间设置斯科特接线变压器，从三相交流电中提取两个电路的单相交流电。
但是，由于需要斯科特接线变压器，所以从成本和空间的观点出发，存在较大的缺点。
专利文献1：日本专利公开公报特开2001-297867号
实用新型内容
为了解决上述问题点，本实用新型的主要课题在于，在利用三相交流电源使两个感应加热装置运转的装置中，不使用斯科特接线变压器而降低相电流的不平衡。
即，本实用新型提供一种感应加热系统，利用三相交流电源使具有第一感应线圈的第一感应加热装置和具有第二感应线圈的第二感应加热装置运转，所述第二感应加热装置具有与所述第一感应加热装置不同的磁路，所述感应加热系统的特征在于，至少所述第二感应线圈的缠绕圈数是偶数，所述第一感应线圈的缠绕始端部和缠绕终端部的一方与所述三相交流电源的一相电连接，另一方与所述第二感应线圈的中点部电连接，并且所述第二感应线圈的缠绕始端部和缠绕终端部与所述三相交流电源的剩余两相电连接。
按照这种结构，作为两个感应加热装置各自的感应线圈的第一感应线圈和第二感应线圈为斯科特接线，所以可以不使用斯科特接线变压器而降低相电流的不平衡。详细内容如后所述。
优选的是，各所述感应线圈的缠绕圈数是偶数，在各所述感应线圈的中点部上设置有连接端子。
按照这种结构，可以使第一感应线圈和第二感应线圈的结构相同而具有互换性。
优选的是，所述第一感应加热装置和所述第二感应加热装置在电气上是同一规格，缠绕圈数是偶数的感应线圈的层数是偶数，所述缠绕始端部、所述缠绕终端部和所述中点部位于所述感应线圈的轴向端部。
按照这种结构，第一感应线圈的电流从第二感应线圈的中点部进入并向缠绕始端部和缠绕终端部分别分流1/2而流动。由于向第二感应线圈的缠绕始端部流动的电流和向第二感应线圈的缠绕终端部流动的电流的方向相反，所以产生的磁通抵消而消失。
在此，如果至少使第二感应线圈的层数为偶数，并且使缠绕始端部、缠绕终端部和中点部位于感应线圈的轴向端部，则从中点部到缠绕始端部的绕线部分和从中点部到缠绕终端部的绕线部分的磁耦合良好，从而可以有效地消除磁通。
优选的是，在各所述感应线圈的一端侧和所述三相交流电源之间设置有控制各所述感应线圈的施加电压的电压控制设备。
按照这种结构，能够进行第一感应加热装置和第二感应加热装置的单独输出控制。
即使利用设置在第二感应线圈一端侧的电压控制设备，将在第二感应线圈中流动的电流调整为零，但在第一感应线圈中流动的电流流向第二感应线圈的另一端侧，所以不能使第二感应加热装置的输出为零。因此，通过使所述第二感应加热装置的负载容量比所述第一感应加热装置的负载容量大，就不会发生上述现象，从而能够良好地进行第一感应加热装置和第二感应加热装置的单独控制。
优选的是，以如下方式调整所述电压控制设备：使所述第二感应线圈的最大施加电压为减去最大输出时的所述电压控制设备的电压下降部分后的电源电压的倍。
按照这种结构，可以进一步降低相电流的不平衡。详细内容如后所述。
优选的是，各所述感应线圈的缠绕圈数是2N(N是自然数)，在各所述感应线圈的缠绕始端部和缠绕终端部上分别连接有缠绕圈数为的追加绕线，所述第一感应线圈的缠绕始端部和缠绕终端部的一方与所述第二感应线圈的中点部连接，另一方与所述三相交流电源的一相连接，并且通过使与所述第二感应线圈的两端部连接的追加绕线与所述三相交流电源的剩余两相连接，所述第二感应线圈的两端部与所述三相交流电源的剩余两相电连接。
按照这种结构，可以使相电流相同，从而可以消除不平衡。详细内容如后所述。
优选的是，所述第二感应线圈的缠绕圈数是2N(N是自然数)，所述第一感应线圈的缠绕圈数是
按照这种结构，当使电气上同一规格的两个感应加热装置运转时，可以不需要分接头而使相电流相同，从而可以消除不平衡。
三相交流电源用作工业设备，被感应加热的对象物由于是工业设备所以基本上由厚壁金属构成。因此，通过使所述三相交流电源的电源频率是50Hz或60Hz的商用频率，可以使厚壁金属的感应加热中的电流渗透度变大，从而可以效率良好地进行对象物的加热。
作为感应加热系统的具体的实施方式，可以是感应发热辊系统。具体地说，所述第一感应加热装置是设置有第一感应发热机构的第一感应发热辊装置，所述第一感应发热机构在被支撑成转动自如的第一辊主体的内部具有所述第一感应线圈，所述第二感应加热装置是设置有第二感应发热机构的第二感应发热辊装置，所述第二感应发热机构在被支撑成转动自如的第二辊主体的内部具有所述第二感应线圈。
按照以上述方式构成的本实用新型，由于使两个感应加热装置的感应线圈为斯科特接线，所以可以不使用斯科特接线变压器而降低相电流的不平衡。
附图说明
图1是示意性表示第一实施方式的感应发热辊系统的结构的图。
图2是同一实施方式的一个使用例的矢量图。
图3是示意性表示第二实施方式的感应发热辊系统的结构的图。
图4是第二实施方式的矢量图。
图5是示意性表示变形实施方式的感应发热辊系统的结构的图。
图6是变形实施方式的矢量图。
附图标记说明
100···感应发热辊系统(感应加热系统)
2···第一感应发热辊装置(第一感应加热装置)
21···第一感应线圈
21x···第一感应线圈的缠绕始端部
21y···第一感应线圈的缠绕终端部
3···第二感应发热辊装置(第二感应加热装置)
31···第二感应线圈
31x···第二感应线圈的缠绕始端部
31y···第二感应线圈的缠绕终端部
31z···第二感应线圈的中点部
4···三相交流电源
51···第一电压控制设备
52···第二电压控制设备
具体实施方式
<第一实施方式>
下面，参照附图，对本实用新型感应加热系统的第一实施方式的感应发热辊系统进行说明。
第一实施方式的感应发热辊系统100利用单一的三相交流电源4使两组感应发热辊装置2、3运转，其具有：第一感应发热辊装置2，具有第一感应线圈21；以及第二感应发热辊装置3，具有第二感应线圈31。上述第一感应发热辊装置2和第二感应发热辊装置3具有相互不同且独立的磁路，第一感应发热辊装置2设置有第一感应发热机构，该第一感应发热机构在被支撑成转动自如的第一辊主体20的内部具有第一感应线圈21，第二感应发热辊装置3设置有第二感应发热机构，该第二感应发热机构在被支撑成转动自如的第二辊主体30的内部具有第二感应线圈31。
另外，各感应发热辊装置2、3构成为在电气上同一规格，感应线圈21、31缠绕并设置在铁心22、32上而构成感应发热机构。此外，三相交流电源的电源频率是50Hz或60Hz的商用频率。由此，可以使作为厚壁金属的辊主体的感应加热的电流渗透度变大，从而可以效率良好地进行辊主体的加热。
并且，第一感应发热辊装置2、第二感应发热辊装置3和三相交流电源4为斯科特接线。具体地说，第一感应线圈21的缠绕始端部21x与三相交流电源4的U相电连接，第一感应线圈21的缠绕终端部21y与第二感应线圈31的中点部31z电连接。此外，第二感应线圈31的缠绕始端部31x与三相交流电源4的V相电连接，第二感应线圈31的缠绕终端部31y与三相交流电源4的W相电连接。
在本实施方式中，在各感应线圈21、31的两端部21x、21y、31x、31y上设置有连接端子，并且在各感应线圈21、31的中点部21z、31z上设置有连接端子。另外，设置在第一感应线圈21的中点部21z上的连接端子，虽然在本实施方式中未使用，但是为了使两个感应线圈21、31为同一规格而具有互换性而设置。
此外，各感应线圈21、31的缠绕圈数相同且为偶数{2N(N是自然数)}。即，从各感应线圈21、31的中点部21z、31z到缠绕始端部21x、31x的缠绕圈数是N，从中点部21z、31z到缠绕终端部21y、31y的缠绕圈数也是N。
在本实施方式中，缠绕圈数是偶数的各感应线圈的层数为偶数。具体地说，在图1中，各感应线圈21、31构成为两层。由此，在各感应线圈21、31中，缠绕始端部21x、31x和缠绕终端部21y、31y位于感应线圈21、31的轴向一端侧，中点部21z、31z位于感应线圈21、31的轴向另一端侧。
此外，在各感应线圈21、31的一端部和三相交流电源4之间设置有控制各感应线圈21、31的施加电压的电压控制设备51、52。在本实施方式中，在第一感应线圈21的缠绕始端部21x和三相交流电源4之间(U相)设置有第一电压控制设备51，并且在第二感应线圈31的缠绕始端部31x和三相交流电源4之间(V相)设置有第二电压控制设备52。另外，电压控制设备51、52例如是晶闸管等半导体控制元件。由未图示的控制部控制上述电压控制设备51、52。
接着，参照图1，说明在以上述方式构成的感应发热辊系统100的各相中流动的电流。
以下，将三相交流电源4的电源电压作为E，将减去控制设备51、52的电压下降部分的端子间电压作为e，将第一感应线圈21的端子作为U-Oa-Ob，将第一感应线圈21的容量作为Pa，将第一感应线圈21的电流作为ia，将第二感应线圈31的端子作为V-Ob’-W，将第二感应线圈31的容量作为Pb，将第二感应线圈31的电流作为ib。此外，以下的计算全部是绝对值计算。
如果将第一感应线圈21的端子U-Ob间电压作为ea，则
第一感应线圈21的容量Pa为
第一感应线圈21的电流ia为
在此，由于第二感应线圈31的端子V-W间电压是e，所以将相对于矢量e的电流作为ib’时，由于缠绕圈数是与第一感应线圈21相同的2N、且线圈阻抗相同，所以与第一感应线圈21相比，端子V-W间电压为倍，电流也为倍。
因此，
第二感应线圈31的容量Pb为
第一感应线圈21和第二感应线圈31的容量比如下：
第二感应线圈的电流ib如下：
因此，各相电流的电流比为1：1.258：1.258，不平衡降低至1.258倍。
此外，第一感应线圈21的电流ia从第二感应线圈31的中点部31z的端子Ob’进入，并且向端子V和端子W分别分流ia/2而流动。此时，向端子V流动的电流和向端子W流动的电流方向相反，所以产生的磁通抵消而消失。
在此，由于第二感应线圈31是偶数层(两层)，并且缠绕始端部31x、缠绕终端部31y和中点部31z位于第二感应线圈31的轴向端部，所以由在端子Ob’-V间的线圈部分中流动的电流产生的磁通和由在端子Ob’-W间的线圈部分中流动的电流产生的磁通的耦合良好，从而能够有效地消除磁通。
此外，如上所述，由于由第二感应线圈31产生的磁通的大部分相互抵消而消失，所以第二感应线圈31的发热电力仅由ib’产生。因此，可以仅通过第二控制设备52来进行第二感应发热辊装置3的电力控制。
但是，根据端子V-Ob’间的线圈部分和端子Ob’-W间的线圈部分的连接状态会残留一部分磁通，上述磁通对发热电力产生影响。但是，感应发热辊装置3是基本上对负载温度进行控制，因此对包含了由残留磁通产生的影响部分的合计电力进行控制，所以能够很好地控制感应加热温度。
此外，即使利用第二电压控制设备52将由矢量e产生的电流ib’调整为零，但在未连接第二电压控制设备52的端子侧(W相)有电流ia流动，所以不能将第二感应发热辊装置3的输出调整到零。因此，只要在负载容量大的一侧配置第二感应发热辊装置3，则在第一感应发热辊装置2的电流ia流动的状态下，不会发生第二感应发热辊装置3的输出被调整为零的情况，所以能够良好地单独控制第一感应发热辊装置2和第二感应发热辊装置3。
接着，将减去最大输出时的电压控制设备的电压下降部分的电源电压作为e，将利用第二电压控制设备52向第二感应线圈31的端子V-W间施加的最大施加电压作为eb。
在此，如果则
此外，由于所以
因此，
在此，如果计算成为ea＝eb的条件，则
即，如果设定为则向第一感应线圈21施加的最大施加电压ea也同样为
最大容量也同样为
电流
电流
因此，各相电流的电流比成为1：1.118：1.118，不平衡降低至1.118倍。即，通过相对于减去最大输出时的电压控制设备52的电压下降部分的电源电压e，将第二感应线圈31的最大施加电压eb调整为倍，可以进一步降低相电流的不平衡。
另外，将ia代入上述的ib的公式，如果求出ib，则成为如下公式。
<第一实施方式的效果>
按照以上述方式构成的感应发热辊系统100，在利用单一的三相交流电源4向第一感应线圈21和第二感应线圈31提供电力的装置中，由于使第一感应发热辊装置2的感应线圈21和第二感应发热辊装置3的感应线圈31为斯科特接线，所以能够不使用斯科特接线变压器而降低相电流的不平衡。
<第二实施方式>
接着，参照附图，对本实用新型的感应加热系统的第二实施方式的感应发热辊系统进行说明。
第二实施方式的感应发热辊系统100与所述第一实施方式在线圈结构和斯科特接线方式上不同。
本实施方式的第一感应线圈21和第二感应线圈31的缠绕圈数是2N(N是自然数)，各感应线圈21、31的缠绕始端部21x、31x和缠绕终端部21y、31y分别与缠绕圈数为的追加绕线23、33连接。另外，第一感应线圈21和追加绕线23的合计缠绕圈数和第二感应线圈31和追加绕线33的合计缠绕圈数都是
并且，第一感应线圈21的缠绕始端部21x与三相交流电源4的U相电连接，第一感应线圈21的缠绕终端部21y与第二感应线圈31的中点部31z电连接。此外，与第二感应线圈31的缠绕始端部31x连接的追加绕线33与三相交流电源4的V相电连接，与第二感应线圈31的缠绕终端部31y连接的追加绕线33与三相交流电源4的W相电连接。
接着，参照图3和图4，对在以上述方式构成的感应发热辊系统100的各相中流动的电流进行说明。
各电压、电流和容量如下。
eb＝e
ib’＝Pb/e
在此，如果Pa＝Pb，则
因此，第一感应线圈21和第二感应线圈31为相同容量，各相电流全部为ia而平衡。
<第二实施方式的效果>
按照以上述方式构成感应发热辊系统100，通过在所述实施方式的感应线圈21、31中追加追加绕线23、33并进行斯科特接线，当使电气上同一规格的两个感应发热辊装置2、3运转时，可以不需要分接头而使相电流相同，从而可以消除不平衡。
<本实用新型的变形实施方式>
另外，本实用新型并不限于所述各实施方式。
关于感应线圈的结构，可以使所述第一感应线圈21和第二感应线圈31的结构不同。
具体地说，在所述第一实施方式中，可以不在第一感应线圈21的中点部21z设置连接端子，也可以使第一感应线圈21的缠绕圈数不为偶数。
此外，在所述第二实施方式中，也可以是不在第一感应线圈21的缠绕始端部21x和缠绕终端部21y上连接追加绕线23的结构。
此外，如图5和图6所示，可以将第二感应线圈31的缠绕圈数作为2N(N是自然数)，将第一感应线圈21的缠绕圈数作为在这种情况下，电气上与所述第二实施方式相同，当使电气上同一规格的两个感应发热辊装置2、3运转时，可以不需要分接头而使相电流相同，从而可以消除不平衡。
此外，在所述实施方式中，各感应加热装置是感应发热辊装置，但是也可以是其他感应加热装置。各感应加热装置设置成将感应线圈缠绕在铁心上。并且，各感应加热装置可以是如下流体加热装置：例如将感应线圈作为初级线圈，对缠绕在铁心上的作为次级线圈的导体管进行感应加热，从而对在该导体管内流动的流体进行加热。在这种情况下，可以构成如下过热水蒸气生成系统：第一感应加热装置对水进行加热而生成饱和水蒸气，第二感应加热装置对由所述第一感应加热装置生成的饱和水蒸气进行加热而生成过热水蒸气。此外，三相交流电源的电源频率是50Hz或60Hz的商用频率。由此，可以使导体管等壁厚金属的感应加热中的电流渗透度变大，从而可以有效地进行对象物的加热。
此外，本实用新型并不限于所述实施方式，可以在不脱离本实用新型的宗旨的范围内进行各种变形。

Claims (13)

1.一种感应加热系统，利用三相交流电源使具有第一感应线圈的第一感应加热装置和具有第二感应线圈的第二感应加热装置运转，所述第二感应加热装置具有与所述第一感应加热装置不同的磁路，
所述感应加热系统的特征在于，
至少所述第二感应线圈的缠绕圈数是偶数，
所述第一感应线圈的缠绕始端部和缠绕终端部的一方与所述三相交流电源的一相电连接，另一方与所述第二感应线圈的中点部电连接，
并且所述第二感应线圈的缠绕始端部和缠绕终端部与所述三相交流电源的剩余两相电连接。
2.根据权利要求1所述的感应加热系统，其特征在于，
所述第一感应加热装置和所述第二感应加热装置在电气上是同一规格，
各所述感应线圈的缠绕圈数是偶数，
在各所述感应线圈的中点部上设置有连接端子。
3.根据权利要求1所述的感应加热系统，其特征在于，
缠绕圈数是偶数的感应线圈的层数是偶数，
所述缠绕始端部、所述缠绕终端部和所述中点部位于所述感应线圈的轴向端部。
4.根据权利要求1所述的感应加热系统，其特征在于，所述第二感应加热装置的负载容量比所述第一感应加热装置的负载容量大。
5.根据权利要求1所述的感应加热系统，其特征在于，在各所述感应线圈的一端侧和所述三相交流电源之间设置有控制各所述感应线圈的施加电压的电压控制设备。
6.根据权利要求5所述的感应加热系统，其特征在于，以如下方式调整所述电压控制设备：使所述第二感应线圈的最大施加电压为减去最大输出时的所述电压控制设备的电压下降部分后的电源电压的 倍。
7.根据权利要求1所述的感应加热系统，其特征在于，
各所述感应线圈的缠绕圈数是2N，N是自然数，
在各所述感应线圈的缠绕始端部和缠绕终端部上分别连接有缠绕圈数为的追加绕线，
所述第一感应线圈的缠绕始端部和缠绕终端部的一方与所述第二感应线圈的中点部连接，另一方与所述三相交流电源的一相连接，
并且通过使与所述第二感应线圈的两端部连接的追加绕线与所述三相交流电源的剩余两相连接，所述第二感应线圈的两端部与所述三相交流电源的剩余两相电连接。
8.根据权利要求1所述的感应加热系统，其特征在于，
所述第二感应线圈的缠绕圈数是2N，N是自然数，
所述第一感应线圈的缠绕圈数是。
9.根据权利要求8所述的感应加热系统，其特征在于，
缠绕圈数是偶数的感应线圈的层数是偶数，.
所述缠绕始端部、所述缠绕终端部和所述中点部位于所述感应线圈的轴向端部。
10.根据权利要求8所述的感应加热系统，其特征在于，所述第二感应加热装置的负载容量比所述第一感应加热装置的负载容量大。
11.根据权利要求8所述的感应加热系统，其特征在于，在各所述感应线圈的一端侧和所述三相交流电源之间设置有控制各所述感应线圈的施加电压的电压控制设备。
12.根据权利要求1所述的感应加热系统，其特征在于，所述三相交流电源的电源频率是50Hz或60Hz。
13.根据权利要求1所述的感应加热系统，其特征在于，
所述第一感应加热装置是设置有第一感应发热机构的第一感应发热辊装置，所述第一感应发热机构在被支撑成转动自如的第一辊主体的内部具有所述第一感应线圈，
所述第二感应加热装置是设置有第二感应发热机构的第二感应发热辊装置，所述第二感应发热机构在被支撑成转动自如的第二辊主体的内部具有所述第二感应线圈。
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